1 引言
自動(dòng)抄表簡稱amr（automatic meter reading)，是指采用通信,、計(jì)算機(jī)等技術(shù),，通過專用設(shè)備對(duì)各種儀表（如水表、電表,、氣表等）的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和處理的系統(tǒng),。它一般是通過數(shù)據(jù)采集器讀取表計(jì)的讀數(shù)，然后通過傳輸控制器將數(shù)據(jù)傳至管理中心,，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),、顯示、打印,。自動(dòng)抄表在上世紀(jì)80年代誕生于美國,，并隨著計(jì)算機(jī)、通信,、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而得到了迅猛的發(fā)展,。iec的tc13和tc57兩大標(biāo)準(zhǔn)化組織在其標(biāo)準(zhǔn)體系中都為amr系統(tǒng)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),。各種形式的amr系統(tǒng)，各種新的amr技術(shù)不斷推陳出新,，推動(dòng)著整個(gè)自動(dòng)抄表技術(shù)行業(yè)的發(fā)展,，本文介紹的就是一種新穎的基于web的自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于以太網(wǎng)的種種特點(diǎn),，采用以太網(wǎng)作為傳輸媒介的抄表系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢：首先是不需要鋪設(shè)專用的通信線路,，而利用現(xiàn)成的internet網(wǎng)；其次是網(wǎng)絡(luò)有足夠快的速度,，對(duì)抄表系統(tǒng)速度己經(jīng)足夠,；以太網(wǎng)能傳播的不僅僅是數(shù)據(jù)信號(hào)，還有音頻,、圖像等多媒體信息,；采用的協(xié)議是現(xiàn)成而公開的，任何一種web瀏覽器都可以照讀不誤,，方便管理者隨時(shí)隨地查詢儀表信息,；信息直接反映在色彩豐富的網(wǎng)頁上，形式可以是數(shù)據(jù),、文字,、圖像、表格或語音,，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)更新,，對(duì)儀表的操作會(huì)有及時(shí)可見的反饋。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,。系統(tǒng)中,，我們采用以太網(wǎng)作為系統(tǒng)通訊的主要載體，前端機(jī)與上位機(jī)是系統(tǒng)的主要工作單元,。前端機(jī)集儀表數(shù)據(jù)采集器及傳輸控制器的功能于一身,。存本遠(yuǎn)釋抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中.最重要的部分就是中央處理器s3c2410。
圖1 系統(tǒng)原理框圖
2.1 存儲(chǔ)器的控制
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含4mb（可擴(kuò)展為16mb）flash存儲(chǔ)器,，內(nèi)部存放啟動(dòng)代碼（bootloader）,、linux內(nèi)核映象和ramdisk壓縮映像，剩余的存儲(chǔ)空間可存放用戶程序或其它用戶存儲(chǔ)資料,，還可升級(jí)操作系統(tǒng),，且用戶存儲(chǔ)資料斷電也不會(huì)丟失。flash存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度為32位,，映射到s3c2410的rom bank0,，地址從0x0-0x400000。
s3c2410啟動(dòng)代碼可以存儲(chǔ)在外部的nand閃存。為了支持nand閃存bootloader,s3c2410設(shè)置了一個(gè)sdram緩沖器叫做“steppingstone”,。啟動(dòng)時(shí),，nand閃存最前端的4kb啟動(dòng)代碼加載到“steppingstone”中并且被執(zhí)行。一般來講,，啟動(dòng)代碼會(huì)復(fù)制nand閃存中的內(nèi)容到sdram中,。利用硬件糾錯(cuò)碼,，hand閃存中數(shù)據(jù)的有效性會(huì)得到驗(yàn)證,。完成復(fù)制后，主程序會(huì)在sdarm中被執(zhí)行,。nand閃存控制如圖2所示,。
圖2 nand閃存控制圖
2.2 s3c2410的usb接口設(shè)計(jì)
在抄表系統(tǒng)中，圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸是系統(tǒng)的功能重要組成部分,。圖像數(shù)據(jù)的采集通過s3c2410 usb host接口完成,，采集的數(shù)據(jù)使用網(wǎng)絡(luò)接口通過internet傳回控制中心上位機(jī)。s3c2410集成的usb接口模塊中含有2個(gè)usb host接口,，1個(gè)usb device接口,。usb device接口可以工作在中斷模式或dma模式，兼容usb1.1協(xié)議,，可以在高速〔12mbps〕和低速(1.5mbps)下工作,。接口電路如圖3所示。
圖3 usb接口電路
2.3 以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)
s3c2410沒有集成以太網(wǎng)控制器,，系統(tǒng)采用外接一種單芯片的以太網(wǎng)控制器cs8900a實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口,。cs8900a主要結(jié)構(gòu)包括，16位isa總線接口,、802.3 mac引擎,、內(nèi)部緩沖存儲(chǔ)器、串行eeprom接口并支持10base-t與aui（連接單元接口）以太網(wǎng)端口,。
cs8900a支持的串行eeprom可以用于保存cs8900a的配置信息和系統(tǒng)的以太網(wǎng)地址,，但這個(gè)eeprom是可選的，因?yàn)樘幚砥骺梢詫⑦@些數(shù)據(jù)保存到系統(tǒng)的其他地方,。
cs8900a通過一個(gè)隔離變壓器連接到rj45端口上,。cs8900a可以直接驅(qū)動(dòng)led，用以指示以太網(wǎng)的鏈路狀態(tài)及總線與網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)情況,。
cs8900a需要外接20m的晶體提供時(shí)序,，在正常操作下，cs8900a完成兩個(gè)基本功能即：以太網(wǎng)包的發(fā)送和接收,，在發(fā)送和接收前必須配置好cs8900a,。上電復(fù)位后，cs8900a要為收發(fā)包進(jìn)行配置,，各種各樣的參數(shù)要寫入內(nèi)部的配置和控制寄存器,，如:存儲(chǔ)器基地址,，以太網(wǎng)物理地址，接收的幀類型,，使用何種媒體接口等,。配置信息既可以通過isa總線由主機(jī)配置也可以由外部eeprom自動(dòng)配置，配置完畢后,，操作可以進(jìn)行了,。
cs8900a與s3c2410按照16位方式連接，網(wǎng)卡芯片復(fù)位后默認(rèn)工作方式為i/o連接,，基址是300h,。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通過對(duì)抄表應(yīng)用的考察，可以看出本抄表系統(tǒng)應(yīng)用比較單一,。前端機(jī)只是讀取攝像頭圖像數(shù)據(jù),，然后發(fā)回上位機(jī)。因而要求操作系統(tǒng)要能裁減,，并且能支持tcp/ip協(xié)議,，應(yīng)能加載usb驅(qū)動(dòng)程序，此外還要考慮的以后的系統(tǒng)擴(kuò)展,，而帶來的軟件升級(jí)問題,。綜合考慮，本系統(tǒng)選擇linux系統(tǒng),。linux系統(tǒng)主要包括三層結(jié)構(gòu),，如圖4所示。
圖4 軟件系統(tǒng)框圖
軟件部分設(shè)計(jì)主要包括：linux操作系統(tǒng)的移植,；嵌入式linux系統(tǒng)下功能模塊的驅(qū)動(dòng),；linux下的視頻采集和圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)人牟糠纸M成。
linux對(duì)于視頻采集設(shè)備的支持是通過video4linux實(shí)現(xiàn)的,。vdeo4linux是為各種電視卡,、并口、usb接口的音視頻采集設(shè)備提供統(tǒng)一的編程接口,。對(duì)于usb口攝像頭,，驅(qū)動(dòng)程序提供了基本的i/o操作（包括：open, read, write, close）、中斷的處理,、內(nèi)存映射功能以及對(duì)i/o通道的控制（通過接口函數(shù)ioctl實(shí)現(xiàn)）等,，并把它們定義在struct file operations中。這樣當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行諸如open, close, read, write等系統(tǒng)調(diào)用操作時(shí),，linux內(nèi)核將通過file operations結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù),。在系統(tǒng)平臺(tái)上對(duì)usb口數(shù)碼攝像頭驅(qū)動(dòng)，首先把usb控制器驅(qū)動(dòng)模塊靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核，使平臺(tái)中支持usb接口,，再在需要使用攝像頭采集時(shí),，使用insmode動(dòng)態(tài)加載其驅(qū)動(dòng)模塊，這樣攝像頭就可正常工作了,。linux下與video4linux相關(guān)設(shè)備及用途如表附所示,。
附表 video4linux相關(guān)設(shè)備及用途
4 電表讀數(shù)的識(shí)別
本系統(tǒng)中，從前端機(jī)抄回的是電表讀數(shù)的圖片,，并不是電表的真實(shí)讀數(shù),，為此，需要一種圖像識(shí)別算法,，能夠根據(jù)圖片識(shí)別出電表的讀數(shù),。
電表讀數(shù)識(shí)別的基本原理是將輸入文字與各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文字進(jìn)行模式匹配,，計(jì)算類似度（或距離）,，將具有最大類似度（或最小距離）的標(biāo)準(zhǔn)文字作為識(shí)別結(jié)果。模式匹配是將兩個(gè)模式的所有對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行比較的操作,，相同的模式會(huì)得到完全一致的比較結(jié)果,，不同的模式將得不到完全一致的比較結(jié)果，這個(gè)基本原理對(duì)文字中的變形是很苛刻的,，圖5所示為包含預(yù)處理和特征抽取的文字識(shí)別流程,。
圖5 文字識(shí)別的基本流程
5 結(jié)束語
本文提出的基于web的嵌入式抄表系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的抄表技術(shù)相比有以下特點(diǎn)：采用圖像抄表,，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,，不會(huì)出現(xiàn)用戶端和管理中心數(shù)據(jù)不一致的問題；本系統(tǒng)安裝簡單,，后期成本低,。由于本文設(shè)計(jì)的amr系統(tǒng)采用攝像頭采集數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)成的互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù),，安裝工作就是把攝像頭對(duì)準(zhǔn)電表,，然后聯(lián)到前端機(jī)上，前端機(jī)插上網(wǎng)線和電源,。管理中心通過普通的ie瀏覽器即可完成抄表的工作,。以后的使用不必交納任何費(fèi)用。本系統(tǒng)后期維護(hù)成本較低,，由于互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定性很強(qiáng),，前端機(jī)和攝像頭平時(shí)是很少工作，因此,，本文提出的抄表系統(tǒng)幾乎不會(huì)出現(xiàn)任何故障,。